background image

 

POLITECHNIKA WROCŁAWSKA 

INSTYTUT INŻYNIERI BIOMEDCZNEJ I POMIAROWEJ 

PL. GRUNWALDZKI 13, BUD. D1, POK. 026B 

Laboratorium z Biofizyki 

Typ dokumentu: 

Sprawozdanie #1 

Data  

wykonania  

ćwiczenia: 

08.10.2012 

Tytuł: 

Ćwiczenie 2. 
Zależność od optycznych właściwości 
ośrodka w pomiarach 
spektrofotometrycznych.  

 
Autorzy: 
 
 
CZĘŚĆ B.  
Cel ćwiczenia: 
Określenie charakterystyki spektralnej kuwet pomiarowych wykonanych z różnych 
materiałów, zbadanie stabilności absorpcji dla wybranych roztworów, zbadanie efektu rodzaju 
materiału kuwety na zebrane widma związków. 
 
Wstęp: 
Absorbancja- 
współczynnik absorpcji (pochłaniania) światła, stosowany w spektrofotometrii 
do oznaczania stężenia substancji w roztworze; absorbancja jest funkcją liczby cząsteczek 
absorbujących promieniowanie, znajdujących się na drodze promienia świetlnego, jest więc 
wprost proporcjonalna do stężenia roztworu. Absorbancja jest równa logarytmowi 
dziesiętnemu ilorazu natężenia monochromatycznej wiązki wchodzącej do ośrodka 
absorbującego i natężenia wiązki przepuszczonej przez ten ośrodek. 
 
Absorpcja- proces pochłaniania energii fali elektromagnetycznej przez substancję. 

 
Kalibracja spektrofotometru
- jest wiele metod kalibracji spektrofotometru, najczęściej 
stosuje się metodę serii wzorców polegającą na przygotowaniu roztworów wzorcowych (o 
znanym stężeniu) następnie poddaje się go pomiarom. Dzięki temu wartość sygnału 
mierzonego dla danego stężenia analitu nie ulega zmianie. 
 
Linia bazowa- zebrane widmo, do którego odnosi się kolejne pomiary. 
 
Spektrofotometr UV-Vis- urządzenie służące do badania absorpcji promieniowania 
elektromagnetycznego z zakresu nadfioletu oraz światła widzialnego przez ciecze, ciała stałe i 
gazy. Głównymi częściami spektrofotometru są: źródło światła, monochromator,  kuwety 
pomiarowe, detektor, wzmacniacz, miernik urządzenia rejestrującego lub interfejs połączony 
z komputerem. 
 
Widmo absorpcyjne- zależność absorbancji od długości fali promieniowania 
elektromagnetycznego. 
 

background image

 

Odczynniki, materiały i urządzenia. 
- woda destylowana; 
- bufor fosforanowy; 
- metanol techniczny; 
- błękit metylenowy; 
- pipeta szklana o pojemności 5ml 
- pompka do pipetowania o pojemności 25 ml 
- spektrofotometr VIS-723G; 
- kuwety pomiarowe: kwarcowa, szklana, plastikowa, o szerokości 1 cm 
- wszystkie pomiary wykonane zostały w programie UVSoftware [Spectrum Scan] i zapisane 
zostały w formacie Excel.  
 
1. Charakterystyka spektralna kuwet pomiarowych.  
a)Ustawienie spektrofotometru na zakres pomiarowy 340-500nm. 
 
b) Kalibracja spektrofotometru dla powietrza, a następnie pomiar widma spektralnego dla 
pustej kuwet plastikowej.  
 
c) Kalibracja spektrofotometru dla powietrza, a następnie pomiar widma spektralnego dla 
pustej kuwety kwarcowej. 
 
d) Kalibracja spektrofotometru dla powietrza, a następnie pomiar widma spektralnego dla 
pustej kuwety szklanej.  

 

Rysunek 1. Wykres absorbancji w funkcji długości fali dla trzech analizowanych kuwet. 

 
 
2.  Pomiar linii bazowej dla wybranych roztworów.  

0,02 

0,04 

0,06 

0,08 

0,1 

0,12 

0,14 

0,16 

0,18 

0,2 

340,00 

390,00 

440,00 

490,00 

A

b

sor

b

an

cja

 

Długość fali [nm] 

A(λ) 

Kuweta plastikowa 

Kuweta szklana 

Kuweta kwarcowa 

background image

 

a) Zebrano linię bazową dla pustej kuwety szklanej w zakresie 340-500nm, a następnie do 
kuwety odmierzono 3ml buforu fosforanowego za pomocą szklanej pipety o pojemności 5 ml 
i zmierzono widmo spektralne co 1nm.  
 

 

Rysunek 2. Wykres absorbancji w funkcji długości fali dla buforu fosforanowego w kuwecie szklanej. 
 

b) Zebrano linię bazową dla pustej kuwety szklanej w zakresie 340-500nm, a następnie do 
kuwety odmierzono 3ml metanolu technicznego za pomocą szklanej pipety o pojemności 5 ml 
i zmierzono widmo spektralne co 1nm.  
 

 

0,03 

0,04 

0,05 

0,06 

0,07 

0,08 

0,09 

0,1 

0,11 

335 

360 

385 

410 

435 

460 

485 

A

b

sor

b

an

cja

 

Długość fali [nm] 

Krzywa kalibracyjna dla pustej 
kuwety szklanej 

Pomiary absorbancji dla 
kuwety szklanej z buforem 
fosforanowym 

0,05 

0,07 

0,09 

0,11 

0,13 

0,15 

0,17 

0,19 

0,21 

0,23 

0,25 

335 

360 

385 

410 

435 

460 

485 

A

b

sor

b

an

cja

 

Długość fali [nm] 

Krzywa kalibracyjna dla pustej 
kuwety szklanej 

Pomiary absorbancji dla 
kuwety szklanej z metanolem 
technicznym  

background image

 

Rysunek 3. Wykres absorbancji w funkcji długości fali dla metanolu technicznego w kuwecie szklanej.  
 

 
 
3. Efekt rodzaju materiału kuwety na zebrane widma związków.  
 
a) Zebrano linię bazową dla pustej kuwety szklanej w zakresie 500-600 nm. Następnie 
odmierzono za pomocą pipety szklanej o pojemności 5 ml 3 ml roztworu błękitu 
metylenowego do szklanej kuwety i zebrano jego widmo spektralne. 
b) Zebrano linię bazową dla pustej kuwety plastikowej w zakresie 500-650nm. Następnie 
odmierzono za pomocą szklanej pipety o pojemności 5 ml 3ml roztworu błękitu metylowego 
do kuwety plastikowej i zebrano jego widmo spektralne. 
c) Zebrano linię bazową dla pustej kuwety kwarcowej w zakresie 500-650nm. Następnie 
odmierzono za pomocą szklanej pipety o pojemności 5 ml 3ml roztworu błękitu metylowego 
do kuwety kwarcowej i zebrano jego widmo spektralne. 
d) Odmierzono za pomocą szklanej pipety o pojemności 5 ml 3 ml wody destylowanej i 
wlano do kuwety kwarcowej. Zebrano linię bazową dla kuwety kwarcowej z wodą. Następnie 
odmierzono 3 ml roztworu błękitu metylenowego za pomocą szklanej pipety o pojemności 5 
ml i zmierzono widmo błękitu metylowego w kuwecie kwarcowej. 
e) Odmierzono za pomocą szklanej pipety o pojemności 5 ml 3 ml wody destylowanej i wlano 
do kuwety szklanej. Zebrano linię bazową dla kuwety szklanej z wodą. Następnie odmierzono 
3 ml roztworu błękitu metylenowego za pomocą pipety szklanej o pojemności 5 ml i 
zmierzono widmo błękitu metylowego w kuwecie szklanej. 
f) Odmierzono za pomocą pipety szklanej o pojemności 5 ml 3 ml wody destylowanej i wlano 
do plastikowej kuwety. Zebrano linię bazową dla kuwety plastikowej z wodą. Następnie 
odmierzono 3 ml roztworu błękitu metylenowego za pomocą pipety szklanej o pojemności 5 
ml i zmierzono widmo błękitu metylowego w kuwecie plastikowej. 

Rysunek 4. Wykres zależności absorbancji roztworu błękitu metylenowego od długości fali dla różnych kuwet (po 
wyzerowaniu na pustą kuwetę) 

background image

 

 
 
Wnioski: 
Wnioski do części 1: 
Na podstawie wykresu rys.1

 

widać, że największą absorbancję ma kuweta wykonana ze szkła. 

Najmniejszą z kolei kuweta kwarcowa, właśnie dlatego to kuwetę z tego tworzywa najlepiej 
jest używać w pomiarach. Szczególnie tych, gdzie zakres pomiarowy jest poniżej 380 nm 
(zakres UV)  powyżej tego zakresu można też używać kuwet wykonanych ze szkła. 
Postępując zgodnie z tą zasadą można uniknąć wielu przekłamań podczas pomiarów. Kuweta 
kwarcowa ma najmniejszą absorbancję dlatego najmniej wpływa na wyniki badań substancji 
znajdujących się w ich wnętrzu.  
Dzięki wykresowi porównawczemu przedstawionemu na rys.1

 

możemy zauważyć kilka 

zasadniczych różnic między kuwetami w kontekście mierzonej długości fali: 

 

Wartość absorbancji dla wszystkich kuwet spada wraz ze wzrostem długości fali. 

   Można zauważyć, że dla kuwety szklanej jest on dużo bardziej dynamiczny niż dla 

pozostałych dwóch kuwet.  

 

Różnica między wartością absorbancji na początku i końcu pomiaru dla kuwety 
kwarcowej jest najmniejsza. 

  Dla kuwety plastikowej można zaobserwować, że wartość absorbancji szybciej spada 

dla długości fali w przedziale 340,00-380,00 nm, czyli dla pomiarów w zakresie UV, 
niż dla pomiarów w zakresie światła widzialnego 380,00-500,00 nm. Podobną 
zależność można zauważyć dla pozostałych dwóch kuwet, nie jest jednak ona, aż tak 
znacząca. 

 

Rysunek 5. Wykres zależności absorbancji roztworu bółękitu metylenowego od długości fali dla różnych kuwet (po 
wyzerowaniu na kuwetę z wodą) 

background image

 

 

Wnioski do części 2.  
Na podstawie wykresów: rys. 2 i rys. 3

 

można stwierdzić, że bufor fosforanowy wykazuje 

większą stabilność niż metanol techniczny, ponieważ absorbancja buforu nie ma znacznych 
odchyleń wraz ze zmianą długości fali. Niewielkie odchylenia mogły być spowodowane 
obecnością pęcherzyków powietrza w kuwecie, zarysowaniami bądź zabrudzeniami. 
Jednakże nie można porównać stabilności tych dwóch roztworów ze stabilnością wody, 
ponieważ dane zostały niezapisane bądź nieskopiowane na nośnik.   
Wnioski do części 3: 
Wykresy zależności absorbancji od długości fali dla kuwet wykonanych z różnych materiałów 
są zbliżone do siebie. Największe różnice występują dla krótszych fal (500-580 nm). Dla 
kuwety szklanej absorbancja jest największa, a dla kwarcowej najmniejsza. Przy dłuższych 
falach wykresy absorbancji dla kuwety plastikowej i kwarcowej pokrywają się, natomiast 
absorbancja dla roztworu w kuwecie szklanej jest większa. 
Mierzyłyśmy widmo tej samej substancji: roztworu błękitu metylenowego, jednak dla 
różnych kuwet otrzymałyśmy nieco różniące się między sobą wykresy. Świadczy to o tym, że 
materiał, z którego jest wykonana kuweta ma wpływ na pomiar absorbancji. Absorbancja jest 
addytywna, więc widmo zebrane dla błękitu metylenowego jest sumą absorbancji samego 
roztworu, jak i kuwety, w której się on znajdował. Różnice między wykresami dla różnych 
kuwet są niewielkie: największa różnica wynosi ok. 0,01 jednostek absorbancji i występuje 
między pomiarem dla kuwety szklanej, a pomiarem dla kuwety kwarcowej przy długości fali 
500 nm (Przy kalibrowaniu urządzenia na kuwety z wodą). Materiałem najbardziej 
absorbującym jest szkło, a najmniej: kwarc. Największy wpływ materiału kuwety na pomiar 
jest dla fal w zakresie 500-580 nm. Kuweta kwarcowa wykazuje najmniejszą absorbancję, a 
więc jest ona najlepsza do wykonywania pomiarów spektrofotometrycznych. Na błędy 
pomiarowe mogą mieć wpływ bąble powietrza w roztworze oraz ewentualne 
zanieczyszczenia na danej kuwecie. 
 
Ćwiczenie przewidywało również badanie efektu długości drogi optycznej na wartość 
absorbancji, jednak ze względu na brak odpowiednich kuwet pomiarowych (o różnych 
drogach optycznych), nie mogłyśmy wykonać tej części ćwiczenia. 
 
Bibliografia: 

http://aneksy.pwn.pl/biologia/1.php?id=1467628

 

http://portalwiedzy.onet.pl/73596,,,,absorbancja,haslo.html

 

http://pl.wikipedia.org/wiki/Absorpcja_%28optyka%29

 

http://www.chemia.uj.edu.pl/chemanal/dydaktyka/analitycznaI_pliki/spektrometria.pdf

 

Z. Jóźwiak „Biofizyka. Wybrane zagadnienia wraz z ćwiczeniami” s.114 
W. Zieliński „Metody spektroskopowe i ich zastosowanie do identyfikacji związków 
organicznych”